«Макферсон» и «двухрычажка» (окончание)
Двухрычажную независимую подвеску стали применять еще в 30-х годах прошлого века – поначалу только в спортивных авто, а затем постепенно совершенствуя ее конструкцию добились возможности установить ее и на обычных машинах, чем создали гораздо больше удобств для передвижения в отличие от зависимой рессорной.
Двухрычажная подвеска состоит из двух рычагов (что понятно из названия), как правило, треугольных, один из которых шарнирно прикреплен к подрамнику или раме, а второй обычно опирается на кузов. Между рычагами находится упругий элемент, задачей которого является гашение колебаний и в состав которого входят вертикально установленная пружина и телескопический амортизатор.
По сравнению с популярной амортизационной стойкой Макферсона, двухрычажная подвеска обладает рядом преимуществ: из-за наличия подрамника или рамы кузов меньше подвержен воздействию неровностей дороги, кроме того, акустический комфорт в салоне значительно выше.
Но есть у нее и свои недостатки: она гораздо дороже «макферсона» как в изготовлении, так и в обслуживании. К тому же, она требует от конструкторов более сложных кузовных решений с деформируемыми зонами, чтобы обеспечить необходимую безопасность для водителя и пассажиров.
«Двухрычажка» имеет некоторые конструктивные особенности, от которых зависит поведение автомобиля на дороге. Один из важных параметров – это длина и расположение самих А-образных рычагов. Разработчики автомобилей редко применяют короткие рычаги одинаковой длины, так как при прохождении колеса по неровности произойдет перемещение не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении, значит, на плохой дороге колея и направление движения будут изменяться произвольно и управление машиной будет потеряно.
В подвесках болидов Формулы-1 и спортивных машин высшей ценовой категории применяются длинные верхний и нижний рычаги, почти одинаковые по габаритам. В этом случае горизонтальное перемещение колес сводится к минимуму, к тому же на руку гонщикам еще одна особенность двухрычажной подвески – возможность регулировки углов развала и схождения. Но при такой схеме из-за длинного верхнего «треугольника» в моторном отсеке практически не остается места, поэтому колеса спорткаров и располагают как можно шире. Причем, в данном случае передняя независимая подвеска гасит и часть колебаний задней оси, так что свободного пространства остается очень мало, вот почему подобные машины обычно создают двухместными с очень маленьким багажным отделением.
Двухрычажная подвеска отличается неплохой управляемостью, хорошей плавностью хода и долгим временем работы при надлежащем качестве дорог. Но чтобы увеличить салон автомобиля, конструкторы обычно применяют ее только на одной какой-либо оси. К тому же, на серийных моделях нижний рычаг сделан длинным, а верхний для экономии пространства – коротким, и расположен он довольно высоко.
Обратите внимания на японских производителей – к примеру, на Toyota. В модельном ряду этой марки множество машин именно такой комплектации. В последних поколениях Camry спереди за гашение колебаний от встречи с препятствием отвечают стойки Макферсона, а сзади – «двухрычажка», выполненная из высокопрочной стали.
На «паркетнике» RAV-4 схема аналогична предыдущей, но для увеличения объема багажника амортизатор под днищем установлен диагонально.
А вот в Land Cruiser Prado, когда за комфорт сзади отвечает электронная система управления пневмоподвеской TEMS, забота о «передке» ложится, как раз таки, на «двухрычажку», скрытую в огромных колесных арках.
Можно обратить внимание и на более почтенного «японца» — Honda Civic 1992-1995 годов выпуска. Эта модель за несколько лет эксплуатации в наших дорожных условиях довольно хорошо себя зарекомендовала. Ее подвеска (передняя ось – стойка Макферсона, задняя – «двухрычажка») отличается неплохой плавностью хода, отличной управляемостью и, что немаловажно, поразительной выносливостью. То есть на наших дорогах «двухрычажка» способна «накрутить» без серьезного ремонта до 200 тысяч км.
Конечно, ничего вечного нет, и первыми сдаются нижние шаровые опоры – от частых и сильных ударов может погнуться «палец». К счастью, они съемные. А вот верхняя опора выполнена как одно целое с верхним рычагом, так что замена этой части выйдет дороже. Правда, такая замена требуется гораздо реже, а может не потребоваться и вовсе.
Заодно заметим, что если двухрычажная подвеска позволяет производить регулировку установки колес по обеим категориям – и развал и схождение, то «макферсон», как правило, допускает регулировку только одного параметра – схождения. Схождением называют угол между плоскостью колеса и направлением движения. Развал – это угол между вертикалью и плоскостью колеса. Потому, если автомобиль укомплектованный «макферсоном» побывал в серьезной аварии, и геометрия его кузова была восстановлена неточно, износ передних покрышек и проблемы с управляемостью гарантированы.
Развал считается отрицательным, если колеса направлены верхней стороной внутрь, и положительным – если верхней стороной наружу. Нулевой развал обеспечивает минимальный износ шин, а отрицательный – улучшает устойчивость в поворотах. Положительный развал применяется лишь в двух случаях – в стойке Макферсона (фиксированный) и в спортивных автомобилях, участвующих в кольцевых гонках.
На гашение колебаний влияют многие факторы, часть которых не зависит от свойств подвески (например, неверный подбор шин), но именно от состояния упругих элементов и креплений существенно зависит плавность хода и управляемость. Кроме того, важную роль играет масса деталей: чем легче материал, тем комфортнее езда. Потому, все чаще находят применение рычаги из композитных материалов и алюминия.
В общем, в каждом из вариантов подвески есть свои плюсы и свои минусы. Но в стоке, понятное дело, выбора нет. и потому пользуемся не тем, что нравится, а тем, что конструктивно применил производитель. А дальше решать самим — пользоваться имеющимся или перекраивать всю подвеску под собственный вкус — затратно, сложно и, между прочим, не всегда оправданно.
Независимая подвеска McPherson
Подвеска McPherson – наиболее распространенный тип независимой передней подвески, применяемый на легковых автомобилях. Устройство представляет собой однорычажную конструкцию с амортизационной стойкой и стабилизатором поперечной устойчивости (чем отличается стойка от амортизатора будет рассмотрено далее). Широкое применение обусловлено низкой стоимостью производства при оптимальных рабочих качествах. Данный тип подвески применяется также и на задней оси автомобиля.
История создания
Данная подвеска была разработана на базе двухрычажной, применявшейся в 1940-х годах. Разработал и внедрил в серийное производство свое изобретение инженер компании Ford Эрл МакФерсон. Решением, позволившим упростить конструкцию подвески с двумя поперечными рычагами, стало применение несущей амортизационной стойки. Характерной особенностью являлось наличие пружины в ее верхней части. В собранном виде конструкция представляла собой единое целое. Это позволило отказаться от необходимости использования верхнего рычага. Первым серийным автомобилем с данной конструкцией передней подвески стал Ford Vedette 1948 года выпуска. Позже модифицированные варианты стали использовать и на других автомобилях концерна. В 70-х идею МакФерсона подхватили остальные автопроизводители. Тип подвески назвали именем создателя.
Составляющие элементы подвески
Амортизационная стойка
Представляет собой амортизатор с установленной на корпусе витой пружиной. Пружина зажата между нижней и верхней чашками. Верхняя опора амортизатора закреплена на кузове в специальной нише под крылом автомобиля. Поворот колеса осуществляется за счет интегрированного в нее подшипника. Нижняя часть стойки МакФерсон соединяется со ступичным узлом. Стойка устанавливается не вертикально, а под определенным углом к колесу автомобиля в поперечной плоскости. Данный угол называется углом поперечного наклона шкворня или KPI и оказывает большое влияние на управляемость автомобиля. Данный параметр не регулируется и закладывается в конструкцию подвески при проектировании.
Нижний поперечный рычаг
Направляющий элемент, обеспечивающий вертикальное перемещение подвески. Имеет две точки крепления к подрамнику кузова. Реже встречается вариант с одним креплением, при этом вторая точка дублируется продольной (реактивной) тягой. Через шаровое соединение фиксирует ступицу колеса в ее нижней части.
Стабилизатор поперечной устойчивости
Упругая изогнутая металлическая тяга, закрепленная на подрамнике и обоих рычагах. Предназначена для выравнивания поперечного крена автомобиля. При поворотах сторона с меньшим наклоном поддерживает противоположную.
Отличие амортизационной стойки от амортизатора
Амортизатор – демпфирующий элемент подвески, предназначенный для гашения колебаний. Амортизационная стойка, в свою очередь, состоит из амортизатора и пружины. Таким образом, помимо конструктивных особенностей, стойка выполняет намного больше функций, а именно является одновременно несущим, упругим и демпфирующим элементом конструкции.
Отличие стойки от обычного амортизатора:
Принцип работы подвески
Работа независимой подвески МакФерсон базируется на принципе “качающейся свечи”. Основным элементом системы является направляющая амортизационная стойка.
Основные преимущества
Подвеска McPherson обладает основными преимуществами для применения в автомобилях бюджетного и среднего класса, где в первую очередь значение имеет невысокая стоимость производства.
Основные недостатки
Минусы конструкции существенно снижают характеристики комфорта и управляемости. По этой причине МакФерсон в настоящее время практически не используется на автомобилях класса люкс. Предпочтение отдается более сложной и дорогостоящей двухрычажной схеме.
Задняя подвеска типа Макферсон
На автомобилях с независимой подвеской сзади также применяется схема МакФерсон. Однако ее разрабатывал уже другой конструктор по фамилии Чапмен. В названии часто используется и его имя. Принцип действия и устройство аналогичны передней.
Несмотря на имеющиеся недостатки, подвеска на основе направляющих стоек оптимальна для большинства легковых автомобилей среднего класса. Одними из решающих преимуществ остаются стоимость производства и ремонтопригодность.
Подвеска МакФерсон — что это такое? Плюсы и минусы
Подвеска является одной из самых важных элементов в конструкции современного автомобиля. Именно подвеска, известная также как система подрессоривания, служит связующим звеном между несущей частью кузова и колесами машины. Сложные узлы и механизмы подвески призваны не только надежно соединить, но и передать на кузов силы, возникающие при контакте колес с дорожным покрытием. Благодаря правильному функционированию подвески обеспечиваются оптимальное положение колёс по отношению к раме или кузову, а также требуемая плавность хода автомобиля. В процессе развития автомобилестроения устройство подвески претерпело множество изменений. Значительный рост скоростей и высокие требования к управляемости и устойчивости привели к созданию системы, получившей название McPherson.
История вопроса
Технологичная подвеска получила свое наименование благодаря изобретателю Эрлу МакФерсону, трудившемуся в компании Ford в 40-е годы XX века. Именно его разработка была впервые использована при создании серийной модели Ford Vedette в 1948 году.
Примечательно, что до этого инженер работал на автогиганта General Motors, однако, там его изобретения не оценили по достоинству и МакФерсон покинул компанию.
Известно, что подвески подобного типа, но без поперечного рычага использовались в автомобилестроении еще в 20-х годах XX века. Инженер итальянского концерна Fiat Гуидо Форнац даже запатентовал в 1925 году схему аналогичной подвески в США. А спустя почти пятнадцать лет американец МакФерсон существенно доработал знакомый механизм и воплотил его в металле.
Устройство подвески МакФерсон
Основой конструкции подвески МакФерсона является массивная амортизационная стойка, расположенная на одной оси с подвижной пружиной амортизатора. Именно поэтому такой тип подвески иногда зовется «качающейся свечой». Опорой всей системе служит подрамник, который жестко крепится к кузову, в том числе с помощью так называемых сайлентблоков. Специальные металлические шарниры имеют резиновую втулку, способную смягчать колебания и устранять шум, передающиеся при взаимодействии одной детали подвески с другой.
Необходимую жесткость конструкции придают поперечные рычаги, зафиксированные на подрамнике. Поворотный кулак, в свою очередь, обеспечивает отличную управляемость, ведь именно он шарнирным соединением связан с рулевой тягой автомобиля. Кстати, с другой стороны поворотный кулак имеет специальное крепление в виде шаровой опоры, соединяющее его с поперечным рычагом. Не менее важную задачу в механизме подвески решает стабилизатор поперечной устойчивости, способный регулировать величину бокового крена. «Растяжки» или реактивные тяги стабилизатора крепятся к амортизационной стойке в точке соединения с поворотным кулаком. Благодаря четкому разделению функций каждого из элементов конструкции передняя подвеска обеспечивает мягкую, комфортную и безопасную езду на автомобиле любой марки.
На сегодняшний день крупнейшими производителями автомобилей придумано несколько разновидностей подвески МакФерсона. Например, в системе подрессоривания легендарного Porsche-911 пружину амортизатора заменяет торсион, позволяющий уменьшить высоту всей конструкции. Существуют также подвески, где амортизационная стойка с пружиной представляют собой единый элемент системы, а не две отдельные детали. Несмотря на разнообразие вариантов исполнения, любая подвеска типа МакФерсон является независимой, то есть положение одного колеса в вертикальной плоскости не сказывается на расположении другого.
Преимущества и недостатки системы МакФерсон
Популярность подвески данного типа невозможно переоценить. Конструкция МакФерсон устанавливается на огромном количестве автомобилей по всему миру. Однако, как и любой сложный механизм, подвеска МакФерсон имеет свои плюсы и минусы.
Несмотря на то, что инженеры-конструкторы постоянно дорабатывают и совершенствуют механизмы подвески, при покупке автомобиля с «МакФерсоном» следует учитывать пределы его технических возможностей. Внимательный подход к изучению характеристик позволит избежать дорогостоящего ремонта и преждевременной замены стоек амортизаторов и других деталей конструкции.
Большинство легковых автомобилей среднего ценового сегмента сегодня оснащены подвеской МакФерсон. Например, известные седаны Volkswagen и KIA, а также популярные бюджетные хэтчбеки марок Ford и Renault оборудованы различными вариантами подвески этого типа.
Подвеска МакФерсон.
Подвеска МакФерсон (McPherson) — один из самых распространенных типов автомобильной подвески (по англ. — MacPherson suspension). В данной статье мы узнаем что такое подвеска МакФерсон, ее основные плюсы и минусы, а также рассмотрим схему и конструкцию данной подвески.
Основным конструкционным элементом подвески является амортизационная стойка, из-за чего она также получила название «качающаяся свеча». «Свечная подвеска» преимущественно используется для передних колес. Версия для задних колес в англоязычных странах в честь разработавшего её инженера фирмы Lotus названа «подвеска Чепмена».
Использование подвески Макферсона позволило разместить двигатель и коробку передач в подкапотном пространстве поперечно и обусловило её широчайшее использование в современном переднеприводном автомобилестроении.
▪Подвеска МакФерсон состоит из:
• подрамник
• поперечный рычаг
• поворотный кулак
• амортизаторная стойка
• стабилизатор поперечной устойчивости
Основным несущим элементом подвески является подрамник. Его крепление к кузову автомобиля выполняется с помощью сайлентблоков. Применение резинометаллических опор позволяет уменьшить шум и передачу вибрации на кузов. Подрамник выступает основой для крепления рулевого механизма, опор поперечного рычага и стабилизатора поперечной устойчивости.
С двух сторон с помощью резиновых втулок к подрамнику крепятся поперечные рычаги правого и левого колес. Крепление рычагов двойное, что придает конструкции жесткость в продольном направлении. К другому концу поперечного рычага через шаровую опору крепится поворотный кулак.
Поворотный кулак посредством шарнирного соединения крепится к рулевой тяге, обеспечивая поворот колеса. Верхняя часть поворотного кулака закреплена на амортизационной стойке, а нижняя соединена с поперечным рычагом. Также в нем размещены тормозной суппорт и подшипниковый узел.
Амортизационная стойка включает пружину и амортизатор, соосно расположенные с буфером сжатия. Верхняя часть стойки с помощью резиновой втулки крепится к брызговику крыла, нижняя соединяется с поворотным кулаком. Некоторые авто производители разъединяют пружину и амортизатор на два конструктивных элемента.
Стабилизатор поперечной устойчивости предназначен для снижения боковых кренов автомобиля. Стабилизатор крепится к подрамнику посредством двух опор. Концы стабилизатора шарнирным креплением соединяются с амортизационными стойками.
▪Преимущества и плюсы подвески МакФерсон:
• менее затратна при производстве в сравнении с исполнением подвески на двойных поперечных рычагах
• относительно компактная
• уменьшение сил, возникающих в местах крепления к кузову через значительное по высоте расстояние между опорными узлами
• меньшая неподрессоренная масса
• значительный ресурс верхней опоры стойки, представляющей собою упорный подшипник качения
• легкая диагностика неисправностей вследствие наличия чётких симптомов износа
▪Недостатки и минусы подвески МакФерсон:
• сравнительно с подвеской на двух продольных или поперечных рычагах, параметры кинематики несколько хуже
• необходимость усиления брызговика крыла
• работа подвески «на пробой» и езда по плохим дорогам приводит к образованию усталостных трещин в точках крепления стоек на брызговике крыла
• частый выход из строя амортизационных стоек с необходимостью трудоемкой и дорогостоящей их замены
• передача дорожных шумов на кузов и в салон
• относительно меньшая компенсация «клевка» (продольного крена) при торможении
• трение между направляющей и штоком, приводящее к ухудшению работы подвески
В целом, недостатки подвески ограничивают возможность её применения. Так, несмотря на преимущество в стоимости изготовления, из-за некоторого ухудшения кинематики её практически не устанавливают в дорогостоящих спортивных и гоночных моделях авто. Большие нагрузки в зоне крепления стойки и связанный с ними быстрый износ конструкции не позволяет использовать МакФерсон в качестве независимой подвески в легких грузовых автомобилях. Недостаток места также усложняет использование упругих гидропневматических элементов, использующихся в некоторых видах подвесок.
Именно из-за этих недостатков часть производителей авто класса «люкс» отказалась от использования МакФерсона, продолжая совершенствовать подвеску на двойных поперечных рычагах. Вместе с тем, конструкционные преимущества и дешевизна изготовления сделали МакФерсон самым распространенным типом подвески для бюджетных автомобилей.
«Макферсон» и «двухрычажка»
Комфорт и плавность хода – касательно автомобиля понятия прямозависимые. Уже давно канула в лету рессорная подвеска передней оси в легковой машине. Да и в задней подвеске все реже применяются рессоры, которые даже в паре с амортизаторами не обеспечивают требуемой плавности. Разве что в пикапах до сих пор используется подрессоренный неразрезной мост. Но, впрочем, авто эти утилитарные, и на особый комфорт не претендуют. Сегодня в современные машины устанавливают различные системы подвески, иногда даже особо вычурные. Но в основном автопроизводители применяют два типа подвесок, в которых роль упругого элемента играют пружина и амортизатор двухстороннего действия – стойка Макферсона и двухрычажная.
Амортизационная стойка Макферсона (которые установлены и в передней подвеске Fiat Tipo/Tempra) называется так по фамилии изобретателя. Инженер Эрл Макферсон (Earle S. McPherson) в середине сороковых годов прошлого века работал в компании General Motors. И поэтому свою разработку в 1947 году он первым делом предложил своему руководству. Но от внедрения его детища в производство компания отказалась, посчитав это дело сложным и дорогостоящим, в общем, нерентабельным. Тогда Макферсон уволился и перешел работать в европейское подразделение Ford Motor. В итоге впервые новая подвеска появилась в 1949 году на английском Ford Consul.
Амортизационная стойка Макферсона представляет собой прикрепленный при помощи резиновой чашки к верхней части колесной арки цилиндр с подшипником, в который упирается амортизатор, объединенный в один блок с пружиной.
У стойки Макферсона есть интересная особенность, которая отличает ее от конкурента – двухрычажной подвески: при повороте колеса амортизатор также совершает поворот (вот почему необходим подшипник в конструкции). Система, по сути, простая, но требует приложения больших усилий к рулю при повороте (в отличие от двухрычажки). Этим, зачастую, обусловлено наличие гидроусилителя рулевого управления практически во всех современных авто.
Вообще-то, под названием «стойка Макферсона» выступают сразу 3 разновидности подвески, использующие единый принцип, но отличающиеся конструктивно.
Первый вариант часто называют «лжеМакферсоном» или «полуМакферсоном». Он появился в конце 70-х годов прошлого столетия на американских и европейских «Фордах», а позже на «Мерседесах». Особенностью этой разновидности стойки Макферсона является то, что пружина размещается отдельно от стойки с амортизатором.
Второй вариант – конструкция, где нижний рычаг сделан очень узким и соединен со стабилизатором поперечной устойчивости. У него есть большой минус – невысокая прочность, к тому же, при работе подвески на плохой дороге страдает и стабилизатор – довольно дорогой и необходимый узел. Потому на «передок», где присутствуют еще нагрузки при повороте, такие стойки практически никогда не ставят. Зато такая схема довольно часто используется на задней оси, особенно в японских машинах.
И, наконец, третий вариант – самый популярный в мировом автомобилестроении – та самая, традиционная стабилизационная стойка, в конструкции которой в качестве нижней опоры выступает треугольный рычаг, шарнирно закрепленный на подрамнике. В свою очередь, тот соединен с кузовом через резиновые подушки для лучшего гашения колебаний.
Традиционная стойка Макферсона конструктивно на различных моделях она может незначительно различаться (потому часто говорят: стойка типа «макферсон»), но в целом – это довольно простая система, практически не требующая обслуживания (надо только следить за состоянием защитного кожуха — «пыльника»).
Но у этого варианта все же есть одно слабое место – верхняя опора стойки, представляющая собой «стакан», вваренный в кузов. От длительной езды по плохим дорогам он может вызвать появление трещин в колесной арке (что, в свою очередь, заметно снижает прочность передка автомобиля), а со временем и вовсе разрушиться.
Нередки и случаи коррозии «стакана», в результате которой он буквально вываливается. И вся проблема в том, что этот элемент не подлежит замене, а сварка помогает ненадолго.
Так что при покупке подержанного автомобиля следует обратить внимание, в том числе, и на верхнее крепление «макферсона»: если со «стаканом» (в зависимости от внешнего вида, его могут назвать еще и «чашкой») не все в порядке, ремонт может оказаться не простым и затратным делом.
Верхняя опора проявляет свои негативные качества при пробегах более 200 тысяч км, так что чем «свежее» машина – тем меньше вероятность подобных повреждений.
Помимо состояния верхнего «стакана», надо обращать внимание на следующие элементы: подшипник, обеспечивающий точный поворот стойки относительно кузова автомобиля, не должен позволить «чашке» при покачивании руками колебаться; резиновое кольцо под пружиной не должно быть порванным – иначе подвеска при езде, и особенно в поворотах, станет издавать скрипы и стуки; амортизатор должен быть без признаков течи.
Ну и пыльник, как уже указывалось ранее, не должен иметь трещин. После разрыва этой защиты при работе подвески дорожная грязь штоком амортизатора «вбивается» в сальник, постепенно повреждая его. В результате начнется подтекание амортизационной жидкости, узел откажет, и стойку придется менять.
Вообще, стойки Макферсона очень надежный узел (не зря же их устанавливают во все линейки автомобилей – от малолитражек до тяжелых джипов, от тихоходных «пирожковозов» до агрессивных спорткаров), и при аккуратной эксплуатации они могут сохранять работоспособность довольно долго. Но за ними обязательно нужно следить, чтобы не расстаться с подвеской раньше отведенного срока.
А вот двухрычажная независимая подвеса — немного другой коленкор.